С целью сокращения дефицита исходного сырья при одновременном решении экологических проблем, связанных с защитой окружающей среды от загрязнения отходами, образующимися при водоочистке, были проведены исследования по использованию гидроксидных осадков природных вод для получения некоторых видов цементов.

На основании анализа патентной информации за последние годы (см. рис.) подтвердилась тенденция создания поликомпонентных добавок с комплексом корректирующих свойств на основе многотоннажных, в основном промышленных, отходов.

Многие техногенные отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью. Использование упомянутых отходов позволит по-крыть свыше 25% потребности в сырьевых ресурсах или на 10...30% снизить затраты по изготовлению строительных материалов по сравне-нию с производством их из природного сырья. Итак: из техногенных отходов можно создавать новые строительные материалы с заданными высокими технико-экономическими показателями.

Классификация техногенных отходов и попутных продуктов по агрегатному состоянию (по П.И. Боженову) позволяет оценить возможные направления их использования. Для определения конкретных областей применения этих продуктов необходима химико-технологическая характеристика в качестве которой предложен коэффициент основности силикатов (зависимость 1)

Расчет шихт из разных видов сырья по коэффициенту основности по-зволит наметить пути использования разнообразных попутных продук-тов (шлаков, зол, шламов и др.) без проведения длительных дорого-стоящих экспериментов.
Таким образом, анализ химического и минерального состава осадков показывает, что последние приближаются к сырью, используемому при производстве строительных материалов.

Наиболее перспективным направлением утилизации осадков с большим содержанием гидроксида алюминия является их добавление при произ-водстве глиноземистого цемента. Такой цемент характеризуется высо-кими технологическими свойствами и относится к быстротвердеющим цементам с высокой сульфато- и химической стойкостью при воздейст-вии агрессивных сред, жаропрочностью.

В качестве сырьевого материала был использован гидроксидный осадок, полученный при реагентной очистке природных вод на Северной водопроводной станции г. Москвы. Рассматриваемый осадок отличается высоким содержанием алюминия, которое в расчете на ок-сид достигает 30...40%, что удовлетворяет условию, поставленному при производстве глиноземистых цементов с применением отходов. В качестве дополнительных компонентов использовались известь - «пушенка» или мел, железосодержащий отход, а в отдельных случаях смесь подшихтовывалась гидроксидом алюминия.

На основе обезвоженного осадка рассчитали (в мас. частях на сухое вещество) следующие составы сырьевых смесей- осадок: известь: железосодержащий отход: гидроксид А1: №1-2:3:1:1; №2- 1:3:1:1; №3- 1:4:2:1. Для образцов сформованных из цемента всех составов характерным является непрерывное нарастание прочности. С помощью рентгенофазового анализа было установлено, что во всех образцах отсутствует минерал геленит, отрицательно влияющий на прочность глиноземистого цемента. Наилучшие прочностные свойства отмечены у образца сформованного из сырьевой смеси №1.

Взяв за основу сырьевой состав №1 и заменив обезвоженный осадок на сгущенный приготовили сырьевую смесь путем перемешивания компо-нентов в жидком виде. Затем по известной технологии получали клин-кер, цемент и далее опытные образцы, прочностные характеристики которых увеличивались, несмотря на отрицательный фактор присутст-вия геленита. Помимо первых серий опытов были использованы осадки после их замораживания- оттаивания. Была подготовлена сырьевая смесь, содержащая 2 мас. части осадка и 1 мас. часть мела. Подготовка смеси, обжиг и формовка образцов проводились, не отступая от тради-ционной технологии. Прочностные характеристики проиллюстрировали характерный для глиноземистого цемента спад прочности на ранних стадиях твердения с последующим ее нарастанием, однако рентгенофазовым анализом установлено наличие в цементе геленита. С целью препятствия образованию геленита в рассматриваемую сырьевую смесь дополнительно вводили 0,3 мас. части железосодержащего отхода. Прочностные характеристики образцов при этом незначительно снижались, но с сохранением тенденции постоянного роста.

На основании проведенных экспериментальных исследований по-казана принципиальная возможность использования гидроксидных алюминийсодержащих осадков природных вод в технологии получения глиноземистых цементов, потребность в которых в настоящее время во много раз превышает объем их реального производства. Глиноземистые цементы, полученные из сырьевой смеси, содержащей гидроксидный осадок Северной водопроводной станции г. Москвы характеризуются высокими прочностными свойствами, отсутствием резких спадов прочности и низким содержанием минерала геленита, снижающего качество глиноземистых цементов.

Литература

1. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленны отходов.- М.: Стройиздат, 1990.-352 с.
2. Любарский В.М., Рубчак Ю.И. Обработка осадков городских водопроводных станций.- М.: ЦНТИ по гражданскому строи-тельству и архитектуре.- 1979.- Вып.3.-33 с.
3. Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов.- М.: Высшая школа, 1972.-264 с.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков:

«Рынок шлаков в России»
«Анализ оборудования для производства безклинкерного цемента»
«Бизнес-план организации шлакощелочного вяжущего и пенобетона на его основе»

Е.А. Королева, И.И. Павлинова,
А.В. Скородумов, А.П. Стицей
(МИКХиС, Москва)